Simulation of water entry–exit problems highlighting suction phenomena by coupled Eulerian–Lagrangian approach

Simulation de problèmes d'entrée-sortie d'eau mettant en évidence des phénomènes de succion par une approche couplée eulérienne-lagrangienne

Mathieu Goron (1, 2) , Bertrand Langrand (1) , Nicolas Jacques (3, 4) , Thomas Fourest (1) , Alan Tassin (2) , Adrien Robert (5) , Daniel Chauveheid (5)

1 DMAS, ONERA [Lille]
2 RDT - Unité Recherches et Développements Technologiques
3 IRDL - Institut de Recherche Dupuy de Lôme
4 ENSTA Bretagne - École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne
5 Altair Engineering France

The present study aims to assess the possibility of describing suction using coupled Eulerian–Lagrangian approach. The water entry and subsequent exit of conical and hemispherical bodies is investigated numerically using the Finite Element simulation software Radioss. The numerical method relies on an explicit numerical scheme. An Eulerian and a Lagrangian formulation are considered for the fluid and the structure, respectively. The fluid–structure interaction is based on an immersed contact interface. Particular attention is given to the evolution of the hydrodynamic (positive and negative) force and wetted surface. The numerical results are compared to experimental results from the literature for different impact conditions (maximum velocity and penetration depth). The influence of several parameters of the numerical model is analysed to assess its robustness and improve the numerical results. The numerical model especially shows a satisfying ability to predict suction forces.

Cette étude vise à évaluer la possibilité de décrire la succion en utilisant une approche couplée eulérienne-lagrangienne. L'entrée-sortie de l'eau de corps coniques et hémisphériques est étudiée numériquement en utilisant le logiciel de simulation par éléments finis Radioss. La méthode numérique repose sur un schéma numérique explicite. Une formulation eulérienne et une formulation lagrangienne sont respectivement considérées pour le fluide et la structure. L'interaction fluide-structure est basée sur une interface de contact immergée. Une attention particulière est accordée à l'évolution de la force hydrodynamique (force de succion) et de la surface mouillée. Les résultats numériques sont comparés aux résultats expérimentaux de la littérature pour différentes conditions d'impact (vitesse maximale et profondeur de pénétration). L'influence de plusieurs paramètres du modèle numérique est analysée pour évaluer sa robustesse et améliorer les résultats numériques. Le modèle numérique montre notamment une capacité satisfaisante à prédire les forces de succion.

Mots clés: Computer software; Lagrange multipliers; Numerical methods; NUMERICAL SIMULATIONS; FLUID-STRUCTURE INTERACTION; COUPLED EULERIAN-LAGRANGIAN APPROACH; SUCTION; CONE; HEMISPHERE

Mots clés: Simulation numérique; Interaction fluide-structure; Couplage Euler-Lagrange; Phénomène de succion; Cône; Hémisphère

Domaines: Mécanique [physics.med-ph]

Mathieu Goron, Bertrand Langrand, Nicolas Jacques, Thomas Fourest, Alan Tassin, et al.. Simulation of water entry–exit problems highlighting suction phenomena by coupled Eulerian–Lagrangian approach. European Journal of Mechanics - B/Fluids, 2023, 100, pp.37-51. ⟨10.1016/j.euromechflu.2023.02.006⟩. ⟨hal-04060396⟩